[화학1 요점정리] 물 내용정리

물은 화학1의 시작이자, 화학1이 끝나는 그 순간까지 사용됩니다. 공부를 떠나서 살아가는데도 큰 도움이 되죠. 물의 특성을 잘만 이용하면 실생활에 유용한 발명도 수도없이 나올것입니다.

SKA'       과탐에서 물의 중요성

화학에서 물이 중요하다는 것은 모두 다 알고있을테고, 물의 특성은 과학탐구 다른 영역에 걸쳐서 귀중하게 사용됩니다. 약방의 감초같은 녀석이죠. 전 영역에 한다리씩 걸치고 있습니다. 물의 특징을 알아두면 이해가 훨씬 수월해지는 것입니다.

생물에서 

- 물은 우리몸의 체온을 일정하게 유지해주고 (비열이 크다)

- 더울때는 땀으로 몸을 식혀줍니다. (기화열이 크다)

- 4도씨의 물은 비중이 가장 크기 때문에 수상생물이 빙하기를 넘길 수 있는 열쇠가 되었습니다. (물 분자의 수소결합)

- 식물의 뿌리가 물을 흡수할 수 있는 것은 물의 모세관 현상 때문입니다. (물의 표면장력)

지구과학에서

- 물은 적도의 강한 태양열을 고위도로 전달하는 역활을 합니다.(비열이 크다)

- 수증기가 응결하면서 구름을 만들고 비를 내립니다.(물의 상변화)

- 물은 생명활동의 근원이 되기 때문에 우주탐사시에 가장 먼저 하는것은 물의 유무와 물의 흔적을 찾는 것입니다.

물리에서

- 대기중의 물방울은 태양빛을 굴절시키고 무지개를 만들어냅니다. (물의 표면장력)

SKA'       모든것의 시작 - 이게 다 물의 결합구조 때문

 물이 H2O라는 것은 요즘 초등학생도 아는 내용일 겁니다. 바로 물 1분자는 2개의 수소원자와 1개의 산소원자의 결합으로 이루어져있다는 뜻입니다.

 그리고 나중에 설명하겠지만 수소원자는 +1의 전자가를 가지고, 산소원자는 -2의 전자가를 가지기 때문입니다. 지금은 전자가같은 복잡한 이야기 말고 물 한분자가 오른쪽 그림처럼 생겼다는것만 알아두면 됩니다.

 물이 꺾인 구조로 결합하게 되는 이유는 약간 더 복잡한 이유가 있는지라,  뒷부분에 가서 주기율표 이야기를 할 때 설명하는걸로 하죠.

다시 말하지만 기억할 것은, ①물의 결합구조가 오른쪽 그림처럼 생겼다. ②굽은형이기 때문에 수소가 있는 쪽은 +극, 산소가 있는 쪽은 -극을 띈다. 

입니다.

SKA'       꺾인 결합구조  → 물은 극성을 띈다.

물분자는 꺾인구조때문에 극성을 띕니다. 그래서 생기는 몇가지 현상들에 의해서 물의 특징들이 결정됩니다.

아래 그림을 참고하세요.

물 분자가 굽은형을 띄기 때문에 → 물분자는 극성을 띕니다.

물분자가 극성을 띄기 때문에

1. 물줄기는 대전된 물체에 이끌립니다.

2. 물은 극성을 띄므로 극성을 띈 분자를 물에 잘 녹입니다. (무극성 분자는 물에 잘 녹지 않음)

SKA'       물이 극성을 띈다 → 물은 수소결합(분자간 인력)을 한다.

물은 극성을 띄고 수소쪽이 +극을 차지합니다. 

한분자의 +극을 띄는 수소원자가 다른분자의 -극을 띄는 F, O, N같은 원자와 서로 강한 인력으로 끌어들이는 것을 수소결합이라고 합니다. 이 수소결합은 화학1이 끝나는 그 순간까지 여러분을 괴롭힐 것입니다. 

수소결합을 하는 물질은 분자끼리 서로 떨어지지 않으려고 하는것입니다. 그러니까 녹는점과 끓는점이 높고, 융해열과 기화열이 큽니다. (분자들의 결합을 끊기위해 큰 에너지가 필요하므로)

전기음성도가 큰(-극이 되려고 하는) 원자와 결합된 수소원자(분자끝단에 수소가 붙어있어야해요)를 가지는 물질은 수소결합을 한다고 생각하면 편합니다. 

 <<(반드시 끝단에 수소가 있어야함)

물분자는 수소결합을 하기 때문에

1. 표면장력이 크고

2. 녹는점 끓는점이 높다.

3. 4℃의 물이 가장 밀도가 크다.

4. 비열이 크고 기화열이 크다.

SKA'       물은 수소결합때문에 표면장력이 크다.

물은 수소결합을 하기 때문에 물분자들끼리 서로 끌어당기는 힘이 강합니다. 아래 그림을 보세요.

표면에 있는 물분자는 바깥쪽에서 물분자를 끌어당겨줄 물분자가 없으므로 내부로 힘을 받게됩니다. 그래서 표면에 위치한 물분자들은 내부로 힘을받아 표면적을 최대한 작게 하려는 성질을 띄게 됩니다. 이것을 바로 표면장력이라고 합니다.

표면장력? 모세관현상?

표면장력 때문에 생기는 현상이 모세관 현상이죠.

오른쪽 그림 많이 보셨을겁니다. 물은 유리벽을 타고 올라가려고 하고, 수은은 유리벽과 만나지 않으려고 표면이 내려갑니다.

고득점을 노리는 학생이 있다면 하나 기억해두셔야 할 것이, 물이라고 반드시 저렇게 되는것이 아니라는것입니다. 모세관 현상이 생기는 것은 표면장력이 크고 작은 것이 아니라,

응집력(표면장력)이 부착력보다 클때와 작을때로 나뉘는 것입니다. 

물을 매우 싫어하는 (유식한말로 소수기라고 합니다.) 표면을 물이 만나면 오른쪽 수은그림과 같은 일이 벌어집니다.

우리는 사실 그걸 많이 봐 왔습니다. 아침이슬이 나뭇잎에 맺히는 현상을 생각해보세요.

아침이슬은 나뭇잎위에서 거의 원형을 이룹니다. 응집력이 부착력보다 매우 크기 때문이죠. 

 헷갈리지 마세요.

 모세관 현상이 표면장력때문에 생기는 것이긴 하지만, 모세관 현상은 표면장력과 부착력의 차이로 결정된다.(★★★★★)

 

 그리고 표면장력은 보통 온도가 상승하면 낮아지는  경향을 보입니다. 그래서 따뜻한물에 빨래를 하면 옷이 잘빨리는 것이죠.

SKA'       물은 수소결합 때문에 녹는점과 끓는점이 높다.

고체는 분자들이 똘똘 뭉쳐있는 상황

액체는 분자들이 약간 움직이는 상황

기체는 분자들이 매우 활발하게 움직이는 상황입니다.

이렇게 고체→액체→기체가 되기 위해서는 분자들이 떨어져야하는데,

물은 수소결합을 하기 때문에 분자들이 잘 떨어지려고 하지 않습니다.

그러니까 물은 녹는점(고체가 액체가 되는 온도), 끓는점(액체가 기체가 되는 온도)가 높은 것이죠.

<녹는점과 끓는점에 대한 문제에 대해서>

1. 일반적으로 수소결합을 고려하지 않을때는 분자량이 클수록 분자간 인력이 커지므로 끓는점과 녹는점이 높다. (질량이 크므로)

2. 분자량이 비슷한 경우에는 수소결합하는 물질이 끓는점 녹는점이 높다. (극성결합도 마찬가지)

SKA'       물은 수소결합을 하기 때문에 4℃의 물이 가장 무겁다.

4℃ 물이 제일 무겁다는 이야기는 너무 많이 해서 관련포스팅 링크로 대체할께요.

결론은 물이 수소결합을 하기 때문에 육각구조로 결합하게 되고 이것이 바로 물의 밀도를 결정한다는 것입니다.

아래 포스팅을 참고해주세요.

2012/02/28 - [과탐공부/질문받은 문제들] - 컵속의 얼음이 녹으면 물이 넘칠까 안넘칠까?(전세계 3%만 풀 수 있는 문제?)

2012/03/03 - [과탐공부/과학으로 풀어보는 man vs. wild ] - 과학으로 생존왕 따라잡기 - 8편 (얼어붙은 호수 건너갈때의 주의점)

물의 밀도와 체적표입니다.

SKA'       물은 수소결합을 하기 때문에 비열이 크다.

일반적으로 수소결합을 하는 물질은 에너지를 수소결합을 끊는데 사용하기 때문에 같은 열을 가하거나 빼앗아도 온도가 잘 변하지 않습니다. 

그래서 수소결합을 하는 물은 비열이 높은 것이죠.

비열은 아래 그래프에서 기울기의 역수입니다. 비열이 작은 물질은 기울기가 크고, 비열이 큰 물질은 기울기가 작습니다.

SKA'       요약

장황했던 이야기를 아래 그림 하나로 요약했습니다.

물이 굽은형태로 결합하지 않았다면 아무런 일도 벌어지지 않았을 것입니다.

다음시간에는 관련 수능문제!!!

풀어보면서 물에 대해서 마무리하겠습니다~